(57)【要約】クランクシャフト４の回転中心Ｃｃｒに対してシリンダ３の軸中心Ｃｃｙを排気ポート３２側にオフセットさせた構造の２サイクルエンジンであって、回転中心Ｃｃｒに対する軸中心Ｃｃｙのオフセット量Ｓを１mm以上、６mm以下に設定した。また、この際、クランクシャフト４のカウンタウェイト４２の重心を、クランクシャフト４の回転中心Ｃｃｒとクランクピン４１の中心Ｃｃｐとを通る線に対し、回転方向の後側にずらした。
2011027416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの回転中心に対してシリンダの軸中心を排気ポート側にオフセットさせた構造の２サイクルエンジンであって、
前記回転中心に対する前記軸中心のオフセット量が１mm以上、６mm以下に設定されている
ことを特徴とする２サイクルエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の２サイクルエンジンにおいて、
前記クランクシャフトのカウンタウェイトの重心は、前記クランクシャフトの回転中心とクランクピンの中心とを通る線に対し、回転方向の後側にずれている
ことを特徴とする２サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクルエンジンに係り、例えば携帯型作業機に用いられる単気筒２サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クランクシャフトの回転中心に対してシリンダの軸中心を排気側にオフセットさせた構造の単気筒２サイクルエンジンが知られている（例えば、特許文献１，２）。
このような２サイクルエンジンでは、コネクティングロッド（以下、コンロッドと称する）がシリンダの軸中心と平行になった位置で、該コンロッドの延長上からずれた位置にクランクシャフトの回転中心が存在するため、クランクシャフトの回転中心からピストンの上死点位置までの高さ寸法を僅かに小さくでき、小型化に貢献できる。また、シリンダの軸中心が排気側にずれていることから、シリンダとピストンとの摺動面の側圧を排気側で小さくでき、高温となる排気側での潤滑を良好に維持できて焼付や異常摩耗を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５４−８９１１５号公報
【特許文献２】特開平２−１４９７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように、従来のオフセット構造を有した２サイクルエンジンでは、エンジンの小型化や焼付防止を効果的に行うことを目的として、そのオフセット量が決められていた。
しかしながら、本発明人は、当該オフセット量によっては、小型化や焼付防止だけではなく、出力向上および排気ガスのエミッション向上にも効果があることを見出した。このため、その効果を十分に発揮できる最適なオフセット量の決定が望まれていた。【０００５】
本発明の目的は、出力およびエミッションの両方を向上させることができるオフセット構造を有した２サイクルエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の２サイクルエンジンは、クランクシャフトの回転中心に対してシリンダの軸中心を排気ポート３２側にオフセットさせた構造の２サイクルエンジンであって、前記回転中心に対する前記軸中心のオフセット量が１mm以上、６mm以下であることを特徴とする。【０００７】
本発明の２サイクルエンジンでは、前記クランクシャフトのカウンタウェイトの重心は、前記クランクシャフトの回転中心とクランクピンの中心とを通る線に対し、回転方向の後側にずれていることが望ましい。
ここで、「回転方向の後側」とは、クランクアングルでの遅れ側を云い、後述の実施形態での「回転方向の前側」とは、クランクアングルでの進み側を云う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、オフセット構造を有する場合において、そのオフセット量を携帯型作業機用のエンジンとして最適に設定したので、筒内圧が最大圧となるクランクアングル時にシリンダの軸中心とコンロッドの軸中心とを位置させて、爆発力を効率よくクランクシャフトに伝達できるうえ、従来よりもクランクアングルに対してピストンが遅れることから、ピストンが上死点側に近い高い位置にある状態、すなわち排気ポートが開き初める前の状態で燃焼を十分に行うことができ、燃焼効率を向上させることができ、従って、エンジンとしての出力を向上させることができる。また、燃焼が確実に行われることで、未燃燃料を少なくできるから、排気ガスと共に排出される未燃燃料をより低減でき、エミッションを向上させることができる。【０００９】
本発明において、カウンタウェイトの重心を回転方向の後側にずらした場合には、ピストンの上死点通過時や筒内圧が最大になる時のピストンの動きをよりスムーズにでき、振動を軽減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２サイクルエンジンを示す縦断面図。
【図２】第１実施形態の２サイクルエンジンを説明するための模式図。
【図３】第１実施形態の２サイクルエンジンと従来の２サイクルエンジンとのクランクアングルに対するピストン位置の比較を示す図。
【図４】第１実施形態の２サイクルエンジンと従来の２サイクルエンジンとの排気ガス中に含まれる酸素濃度の比較を示す図。
【図５】第１実施形態の２サイクルエンジンと従来の２サイクルエンジンとの排気ガス中に含まれる全炭化水素（ＴＨＣ：Total Hydrocarbon）の比較を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る２サイクルエンジンを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る２サイクルエンジン（以下、単にエンジンと称する）１を図１に基づいて説明する。なお、以下の説明では、後述のピストン５の上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）側への移動を上昇と云い、下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）側への移動を下降と云う。
【００１２】
エンジン１は、クランクケース２、クランクケース２にガスケットを介してボルト止めされたシリンダ３、クランクケース２内に回転自在に軸支されたクランクシャフト４、シリンダ３内に摺動自在に収容されたピストン５、一端がクランクシャフト４のクランクピン４１に軸支され、他端がピストン５のピストンピン５１に軸支されたコンロッド６を備えた単気筒エンジンである。
【００１３】
このようなエンジン１は、チェンソー、刈払機、エンジンブロワ、その他の手持ち式あるいは背負い式の携帯型作業機に好適に用いられる。なお、エンジン１をラジオコントロール（ラジコン）用のホビーエンジン等に適用することも可能である。
【００１４】
また、本実施形態のエンジン１は、層状掃気２サイクルエンジンとして構成されている。すなわち、エンジン１のシリンダ３には、ピストンバルブ式の吸気ポート３１、排気ポート３２、および掃気ポート３３が設けられているのに加え、層状掃気用の先導空気（純空気）を図示しない掃気通路に送り込む空気ポート３４が吸気ポート３１の図中上部に設けられている。
【００１５】
空気ポート３４に送られた先導空気は、ピストン５の上昇途中において、吸気ポート３１が開くのと略同タイミングにて、ピストン５の外周面に設けられた凹状の連通路５２に流入し、この連通路５２を通して掃気ポート３３側から掃気通路内に入り込み、掃気ポート３３付近に留まる。
【００１６】
そして、ピストン５が下降に転じることによりシリンダ３内には先ず、クランクケース２内からの混合気に先立って先導空気が流入することになる。従って、先導空気および混合気の流入時には開放し初めている排気ポート３２からは、燃料が含まれない先導空気が抜け出る可能性はあるが、先導空気に続いて入り込む未燃の混合気を抜けにくくでき、排気ガス中のエミッションを向上させることができる。
【００１７】
加えて、本実施形態のエンジン１では、エミッションおよびエンジン出力をさらに向上させるため、オフセット構造が採用されている。すなわち、シリンダ３の軸中心Ｃｃｙは、クランクシャフト４の回転中心Ｃｃrに対して、排気ポート３２側にオフセット量Ｓだけ平行にオフセットされた位置にずれている。なお、図１、図２では、クランクシャフト４の回転中心Ｃｃrを通り、シリンダ３の軸中心Ｃｃｙと平行な線をＬ２として示してある。
【００１８】
本実施形態でのオフセット量Ｓは、３mmである。携帯型作業機用の単気筒２サイクルエンジンでは、その排気量、ピストン径、コンロッド長さ、クランク半径の範囲が略限定されており、その中でも特にクランク半径を勘案すると、オフセット量Ｓは、１mm≦Ｓ≦６mmの範囲で設定されることが最適である。
【００１９】
具体的に、上記用途に用いられるエンジンでは、クランクアングルでＡＴＤＣ（After Top Dead Center）約１０°の位置での筒内圧が最も大きくなることが知られている。このため、本実施形態のエンジン１では、図２に模式的に示すように、筒内圧力が最大となるＡＴＤＣ１０°の位置で、コンロッド６の軸中心Ｃｃｏとシリンダ３の軸中心Ｃｃｙとが一致するようにしている。
【００２０】
この設定により、ピストン５を下降側に押しやるための爆発力を、シリンダ３の軸中心Ｃｃｙに沿ったコンロッド６を介してクランクシャフト４に最も効率的に伝達できる。そして、各軸中心Ｃｃｙ，Ｃｃｏが一致している場合、図２から明らかなように、クランク半径をＲとすると、オフセット量Ｓは、Ｒsin１０°で近似することができ、このことから本実施形態では、Ｓ＝３mmに設定されているのである。なお、図１では、ピストン５がＴＤＣに位置した状態を示しているため、各軸中心Ｃｃｙ，Ｃｃｏは一致していない。
【００２１】
ここで、ＡＴＤＣ１０°でのピストン５の位置は、図２中に２点鎖線で示したＴＤＣの位置よりも僅かに進んだ（下がった）位置であり、従来のエンジンと比較すると、依然としてＴＤＣに近い（高い）位置にあることになる。図３には、オフセット構造を有していない従来のエンジンと本実施形態のエンジン１とにおけるクランクアングルに対するピストン位置の関係が示されている。
【００２２】
図３において、従来のエンジンを基準にすると、従来に比して本実施形態のエンジン１の方が、クランクアングルで２．７°遅れてピストン５がＴＤＣに到達する。従って、筒内圧が最大となるＡＴＤＣ１０°では、本実施形態の方が依然として０．０６mmだけＴＤＣに近い位置にあり、従来と同じ位置に到達するには１．３°遅れる。
【００２３】
つまり、点火による燃焼開始から排気ポート３２が開き始めるまでには余分に時間がかかり、十分に燃焼が行われた後に排気ポート３２が開くことになる。
【００２４】
従って、燃焼が良好に行われることで燃焼効率が向上するうえ、前述したように、爆発力の伝達効率も向上するので、出力が増す。また、良好な燃焼により、排気ガス中に含まれる未燃燃料が少なくなるため、エミッションを向上させることができる。しかも、エンジン１は、もともとエミッションが良好な層状掃気型であるから、結果としてエミッションを格段に向上させることができる。
【００２５】
さらに、背景技術としても説明したように、あるいは、図３でも示すように、本実施形態では、ＴＤＣの位置が従来よりも低いことから（ストロークや圧縮比は同じである）、シリンダ３の長さを短くでき、小型化に寄与できるという効果もある。シリンダ３とピストン５との周面の側圧が低くなることから、潤滑状態を良好に保つことができ、焼付や異常摩耗も抑制できる。
【００２６】
図４には、従来と本実施形態とでの排気ガス中に含まれる酸素濃度の比較が示されている。この図によれば、最も多用されるエンジン回転数７０００〜１００００rpmにおいて、本実施形態のエンジン１の方が従来よりも酸素濃度が低いことがわかる。これは、燃焼が良好の行われた結果、酸素量がより低くなったものと云え、出力が向上していることを意味する。
【００２７】
また、図５には、従来と本実施形態とでの排気ガス中に含まれる全炭化水素（ＴＨＣ）の比較が示されている。この図においても、同回転数領域にて本実施形態のエンジン１の方が従来よりも全炭化水素が低い。これも、燃焼が良好に行われた結果であり、未燃燃料が少ないことで、排気ガス中のエミッションが改善したものと云える。
【００２８】
ところで、図１、図２に戻って、エンジン１に設けられたクランクシャフト４では、カウンタウェイト４２の重心Ｇの位置が、クランクシャフト４の回転中心Ｃｃｒとクランクピン４１の中心Ｃｃｐ（図２）とを通る線Ｌ１上から、回転方向の後側にずれて設定されている。クランクシャフト４の回転方向については、図１、図２中に白抜き矢印で示した。意思図２中に点線の小丸にて、従来の重心Ｇの位置を示した。
【００２９】
より具体的に重心Ｇは、ピストン５がＴＤＣやＡＴＤＣ１０°の位置において、シリンダ３の軸中心Ｃｃｙの延長上の近傍からクランクシャフト４の回転中心Ｃｃｒを通る軸中心Ｃｃｙと平行な線Ｌ２上近傍までの間に位置するように設定されている。
【００３０】
このため、カウンタウェイト４２は、クランクシャフト４の回転中心Ｃｃｒとクランクピン４１の中心Ｃｃｐを通る線に対して非対称とされている。本実施形態では、従来のカウンタウェイトにおける回転方向の前側を削除した形状が適用されている。図１中に２点鎖線で示す部分が削除分に相当する。
【００３１】
ピストン５はＴＤＣを境にして上昇から下降に転じることから、ピストン５の動きのベクトルの変化、およびピストン５等の往復運動部分の速度変化（加速度）が著しく、振動への影響が大きい。また、エンジン１での爆圧力とピストン５等の往復運動部分の慣性力との合成力が大きくなる最大筒内圧時（ＡＴＤＣ１０°）においても、ピストン５等の往復運動部分への筒内圧による影響で往復動部分の挙動変化による振動加速度が大きくなり、振動も大きくなる。
【００３２】
従って、ピストン５がＴＤＣからＡＴＤＣ１０°に至るまでにおいて、カウンタウェイト４２の重心Ｇがシリンダ３の軸中心Ｃｃｙの延長上近傍からクランクシャフト４の回転中心Ｃｃｒを通る軸中心Ｃｃｙと平行な線Ｌ２上近傍までの間に位置する本実施形態では、ピストン５を軸中心Ｃｃｙに沿って下降方向にバランス良く摺動させることができ、振動が大きくなるのを抑制できる。
【００３３】
〔第２実施形態〕
図５には、本発明の第２実施形態に係るエンジン１が示されている。前記第１実施形態では、従来のカウンタウェイトに対して回転方向の前側が削除されることで、重心Ｇの位置を回転方向の後側にずらしていたが、本実施形態では、従来のカウンタウェイトに対し、回転方向の後側に追加部４３（図中の２点鎖線参照）を設けることで、カウンタウェイト４２を構成した。
【００３４】
本実施形態でも、重心Ｇの位置をピストン５がＴＤＣからＡＴＤＣ１０°に至るまでにおいて、シリンダ３の軸中心Ｃｃｙの延長上近傍からクランクシャフト４の回転中心Ｃｃｒを通る軸中心Ｃｃｙと平行な線Ｌ２上近傍までの間に位置させることができ、振動軽減に関する第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は、本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態のエンジン１は、層状掃気型の２サイクルエンジンであったが、層状掃気型ではないコンベンショナルな２サイクルエンジンであってもよい。
【００３６】
前記各実施形態では、カウンタウェイト４２に削除部分や追加部４３を設けることで重心Ｇの位置をずらしていたが、クランクシャフトの回転中心とクランクピンの中心とを通る線に対して線対称なカウンタウェイトを回転方向の後側にずらして設けることにより、重心の位置を変更してもよい。ただし、クランプピンの位置は変更しない。
【００３７】
また、エンジンの振動レベルによっては、従来のようなカウンタウェイト、つまりクランクシャフトの回転中心とクランクピンの中心とを通る線上に重心が位置するカウンタウェイトを採用してもよく、そのような場合でも本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の２サイクルエンジンは、チェンソー、刈払機、エンジンブロワ、トリマ、エッジャーなどの携帯型作業機械やホビー用のエンジンに利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１…２サイクルエンジン、３…シリンダ、４…クランクシャフト、３２…排気ポート、４１…クランクピン、４２…カウンタウェイト、Ｃｃｐ…中心、Ｃｃｒ…回転中心、Ｃｃｙ…軸中心、Ｇ…重心、Ｌ１，Ｌ２…線、Ｓ…オフセット量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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